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1、第4章 工程機械變速箱 主要內容 4.1 概述 4.2機械換檔變速箱 4.3行星齒輪式動力換檔變速箱 4.4定軸式動力換檔變速箱 4.5動力換檔變速箱的電液控制系統(tǒng) 實訓：EQ1090變速器的拆裝,第4章 工程機械變速箱 學習目的 掌握變速箱的功用 熟悉機械換檔與動力換檔的不同 分析行星齒輪式動力換檔的傳動方案 結合實訓EQ1090變速器的拆裝，掌握各類不同變速箱的構造特點,第4章 工程機械變速箱 4.1 概述 1.功用: 減速增扭 變換檔位 實現(xiàn)倒檔 實現(xiàn)空擋,,2.基本要求 （1）具有足夠的檔位和合適的傳動比，使機械能在 合適的牽引力和速度下工作，具有良好的牽引 性

2、和燃料經濟性以及較高的生產率。 （2）變速器應工作可靠，傳動效率高，使用壽命長 結構簡單，維修方便。 （3）變速器應換檔輕便，不允許出現(xiàn)同時掛兩個檔 或自動脫檔和跳檔現(xiàn)象。 （4）對動力換檔變速還要求換檔離合器結合平穩(wěn)。,3.變速箱的類型 （1）按傳動比的變化方式劃分，變速器可分為有級式、無級式和綜合式三種。 有級式變速器:應用最廣泛。它采用齒輪傳動，具 有若干個定值傳動比。 無級式變速器:一定數值范圍內可按無限多級變化， 有電力式和液力式（動液式）兩種。 綜合式變速器:指由液力變矩器和齒輪式有級變速 器組成的液力機械式變速器，,,3.變速箱的類

3、型 （2）按操縱方式不同，變速器可分為： 機械換檔變速器和動力換檔變速器兩類。 機械換檔變速器:通過操縱機構來撥動齒輪或嚙合套進 行換檔。其工作原理，如圖4-1所示， 動力換檔變速器:齒輪和軸的結合和分離是通過離合器 離合器的分離和結合是用液壓操縱的 液壓操縱的壓力油由發(fā)動機帶動的液 壓泵提供，離合器的結合和分離靠的 是發(fā)動機的動力，稱為動力換檔。 如圖4-2所示,圖-1 機械換檔示意圖,圖4-2 動力換檔示意圖,3.變速箱的類型 (3)按輪系形式分 定軸式變速器:變速器中所有齒輪都有固定的 回轉軸線。

4、 行星式變速器:變速器中有些齒輪的軸線在空間 旋轉。這樣的齒輪叫作行星輪， 它在空間有兩個運動：繞自身軸 線的自轉和隨自身軸線在空間中 繞公共軸線的公轉。 因此叫這類 變速器為行星齒輪變速器。,4.變速箱工作原理 普通齒輪式變速器是利用不同齒數的齒輪嚙合傳動實現(xiàn)轉速和轉矩的改變。 在一對齒輪逐齒嚙合傳動中，相同時間內，兩個齒輪參加嚙合的齒數比定相等，故 n1Z1 = n2Z2 。 傳動比 ：i12 = n1 / n2 = Z2 / Z1 。即:輸入軸轉速與 輸出軸轉速之比或被動齒輪齒數與主動齒輪齒數之比，稱為傳動比。 如果是多級齒輪

5、組成的傳動輪系 ，其傳動比為被動齒輪齒數的連乘積與主動齒輪齒數的連乘積之比： 倒檔原理：改變齒輪傳動的對數或改變行星齒輪的約 束元件。,,4.2機械換檔變速箱 1.變速傳動機構 平面三軸式變速箱 這類變速箱的特點是輸入軸1與輸出軸5布置在同一軸線上，可以獲得直接檔，由于輸入軸1，輸出軸5和中間軸7處在同一平面內，故稱為平面三軸式變速箱圖4-4所示為平面三軸五檔變速箱結構簡圖。,圖4-4 平面三軸變速箱結構簡圖 1-第一軸；2-軸承；3-接合齒圈；4-同步環(huán)；5-第二軸；6-油泵；7-中間軸；8-接合套；9-中間軸常嚙合齒輪；10-花鍵轂,此變速箱有五個前進檔和一個倒檔。通過此圖分析其動力傳

6、遞路線，總結出每個檔位的工作過程和特點。,1.變速傳動機構 空間三軸式（組合式）變速箱 以T220履帶推土機變速箱為例，其結構如圖4-5所示。它是由箱體、齒輪、軸和軸承等零件組成的，具有五個前進檔和四個倒檔，采用嚙合套換檔的空間三軸式變速箱。 T220推土機變速箱共有三根軸：輸入軸、中間軸和輸出軸。這三根軸呈空間三角形布置，以保證各檔齒輪副的傳動關系。,T220推土機變速箱屬于組合式變速箱，其傳動部分由換向與變速兩部分組成。 在分析變速傳動部分時，首先，應弄清箱體、軸和齒輪三者間的裝配關系，以便了解各檔傳動路線和工作情況。 總結出次變速器的前進5個檔和倒退4個檔的傳動路線 。,圖4

7、-5 T220推土機變速箱構造,2.變速操縱機構 變速操縱機構包括換檔機構 與鎖止裝置，其功能是保證 按需要順利可靠地進行換檔。 換檔機構 換檔機構主要由變速桿1、 滑桿6、撥叉7等組成。每 根滑桿可以控制兩個不同 檔位，根據檔位的數目確 定滑桿數目。,變速箱操縱機構 1-變速桿；2-球頭；3-導向框板；4-換向滑桿凹槽； 5-鎖定銷；6-換向滑桿；7-撥叉；8-滑動齒輪；9-變速箱軸,2.變速操縱機構 鎖止裝置 鎖止裝置包括: 鎖定機構(自鎖) 互鎖機構 倒檔鎖裝置 聯(lián)鎖機構,鎖定機構(自鎖) 掛檔后應保證結合套于與 結合齒圈的全部套合（或滑動齒輪換檔時，

8、全齒長都進入嚙合）在振動等條件影響下，操縱機構應保證變速器不自行掛檔或自行脫檔。為此在操縱機構中設有自鎖裝置。換檔撥叉軸上方有三凹坑，上面有被彈簧壓緊的鋼珠。當撥叉軸位置處于空檔或某一檔位置時，鋼珠壓在凹坑內。起到了自鎖的作用。,互鎖機構 當中間換檔撥叉軸移動掛檔時，另外兩個撥叉軸被鋼球瑣住。防止同時掛上兩個檔而使變速器卡死或損壞，起到了互鎖作用。,互鎖裝置工作示意圖,倒檔鎖裝置 當換檔桿下端(紅色的長方塊部分)向倒檔撥叉軸移動時，必須壓縮彈簧才能進入倒檔撥叉軸上的撥塊槽中。防止了在汽車前進時誤掛倒檔，而導致零件損壞，起到了倒檔鎖的作用。當倒檔撥叉軸移動掛檔時，另外兩個撥叉軸被鋼球瑣

9、住。,倒檔鎖結構,聯(lián)鎖機構 聯(lián)鎖機構是用來防止離合器未徹底分離時換檔。在離合器踏板（或操縱桿）4上用拉桿3連接著擺動杠桿1，擺動杠桿1固定在可以轉動的聯(lián)鎖軸2上。聯(lián)鎖軸2上沿軸向制有槽8，當離合器踏板完全踩下，也就是離合器分離時，通過拉桿推動聯(lián)鎖軸2，使其上的槽8正好對準鎖定銷5的上端。此時鎖定銷5才可能被頂起，滑桿6才可能被撥動，實現(xiàn)換檔，如圖4-9a所示。,圖4-9 變速箱聯(lián)鎖機構 a）離合器分離時；b）離合器接合時 1-擺動桿；2-聯(lián)鎖軸；3-拉桿；4-離合器踏板；5-鎖定銷；6-換檔滑桿；7-撥叉；8-銑槽,同步器 無同步器的換檔過程 低檔換高檔 高檔速度V2 接合套速度V3 低

10、檔速度V4 踩離合器，脫空檔，V3=V4（瞬時）因為V2V4,則V2V3 （不同步） ，由于V3下降慢（轉動慣量大），V2下降快（轉動慣量?。却粫r間，當V3=V2時，再踩離合器，掛檔。,無同步器的換檔過程 高檔換低檔 踩離合器，脫空檔，V3=V2（瞬時）因為V2V4,則V3V4（不同步） V3下降慢（轉動慣量大）, V4下降快（轉動慣量?。?， 若不采取措施， V3與V4不同步差距會更大， 此時，應抬起離合器，加油門，迅速提高V4，當V3=V4時， 再踩離合器，掛檔。,歸 納 無同步器換檔時： 低檔換高檔兩腳離合器，中間不加油門。 高檔換低檔---兩腳離合器，中間加油門。 顯然，無同

11、步器換擋時，十分復雜，跟現(xiàn)實中完全不一樣。,,2.變速操縱機構 同步器的構造及其工作原理 同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類。這里僅介紹目前廣泛采用的慣性式同步器。 慣性式同步器是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的，在其上面設有專設機構保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，從而避免了齒間沖擊。 慣性同步器按結構又分為鎖環(huán)式和鎖銷式兩種,鎖環(huán)式慣性同步器,鎖 銷 式 慣 性 同 步 器,4.3行星齒輪式動力換檔變速箱 行星齒輪式動力換檔變速箱具有結構緊湊、傳動比大、傳遞扭矩能力大等特點，在工程機械上得到了廣泛的應用，如ZL-40（50）裝載機、采用了此種形式的變速器，本節(jié)將以ZL

12、-50裝載機的變速器為例進行介紹。本節(jié)包括以下內容： 1.行星排工作原理 2.典型行星式動力換擋變速器,1.行星排工作原理 組成:由太陽輪、行星輪、齒圈、行星架. 聯(lián)接型式: 行星輪與太陽輪和齒圈嚙合，起著中間輪的作用 行星輪滑套在行星架上，相互獨立旋轉 承擔不同的傳動比,單排行星齒輪機構 1-齒圈；2-行星架；3-太陽輪；4-行星齒輪；5-主動軸；6-從動軸,單行星排特性方程 K是齒圈齒數與太陽輪齒數的比值，稱為行星排特性參數 行星齒輪機構三個基本構件均可以根據傳動要求， 將其中任意一個構件固定，使另外兩構件分別與傳動系 中的主動部件和從動部件連接。根據不同的選擇可得到 6個不同傳動比

13、的傳動方案。,,,6種不同傳動比的傳動方案： （1）齒圈固定，太陽輪為主動件，行星架為從動件 （2）齒圈固定，行星架為主動件，太陽輪為從動件 （3）太陽輪固定，齒圈為主動件，行星架為從動件 （4）太陽輪固定，行星架為主動件，齒圈為從動件 （5）行星架固定，太陽輪為主動件，齒圈為從動件 （6）行星架固定，齒圈為主動件，太陽輪為從動件,,,2.典型行星式動力換檔變速箱特點 ZL50D裝載機是我國裝載機系列中的主要機種，系列中其它機種的結構與之相似 該變速箱配用的液力變矩器具有一級、二級兩個渦輪（稱雙渦輪液力變矩器） 用二根相互套裝在一起的并與齒輪做成一體的一級、二級輸出齒輪（軸），將動力通過

14、常嚙齒輪副傳給變速箱。 ZL50D裝載機的行星變速箱，具有兩個前進檔和一個倒檔。,檔位實現(xiàn)過程 前進一檔 當接合制動器9時， 實現(xiàn)前進一檔傳動 前進二檔（直接檔） 當閉鎖離合器12接合時，實現(xiàn)前進二檔。 倒退檔 當制動器6接合時， 實現(xiàn)倒退檔,ZL50D裝載機液力機械傳動簡圖,4.4定軸式動力換檔變速箱 這種型式的變速器結構簡單、維護方便，價格低，工程機械中應用較為普遍。如TL-180推土機，高速推土機和高速裝載機等。本節(jié)以TL-180推土機變速器為例進行介紹,包括以下內容： 1.變速箱結構 2.各檔動力傳遞情況,,1.變速箱結構 TL-180推土機變速器主要組成： 殼體

15、 變速傳動機構 換檔離合器 變速操縱閥 TL-180的結構特點，參見課本P90頁圖4-23.,,2.各檔動力傳遞情況 前進一、三檔時，動力由(見下圖)：,2.各檔動力傳遞情況 其他各檔動力傳遞情況如下圖： (a)前進1檔;(b)前進4檔;(c)倒退4檔,4.5動力換檔變速箱的電液控制系統(tǒng) 液力機械傳動系的控制有純液壓控制系統(tǒng)和電液控制系統(tǒng)兩種型式。無論哪種型式，最終都歸結為對變速箱的換檔操縱，液力變矩器循環(huán)油液的控制與冷卻，以及變速箱與變矩器中需要潤滑的零件的潤滑等任務。 本節(jié)包括以下內容： 1.液壓控制系統(tǒng) 2.電控系統(tǒng) 3.典型控制系統(tǒng)分析,1.液壓控制系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng)包括以下內

16、容： 變速箱電磁閥； 先導減壓閥； 主溢流閥； 液力變矩器出口閥； 順序閥； 快速復位閥； 方向選擇閥； H-L選擇閥和范圍選擇閥； 應急手動滑閥； 調制閥； 來自泵的油通過濾油器進入變速箱控制閥。油通過順序閥進行分配，然后流入先導回路，駐車制動器回路以及離合器操縱回路 其具體工作原理和過程，參見課本P95-P99頁,2.電控系統(tǒng) 如下圖所示為該裝載機變速箱的電氣控制原理圖。該電控系統(tǒng)可實現(xiàn)速度選擇、方向選擇、自動降速、變速箱切斷等功能。,WA380-300裝載機變速箱電氣控制原理圖,3.典型控制系統(tǒng)分析 ZL50裝載機液力機械傳動 的液壓控制系統(tǒng) 如右圖所示為ZL50裝載機液力變矩器一變速箱液壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由油底殼、變速泵、濾油器、調壓閥、切斷閥、變速操縱分配閥、變矩器入口壓力閥、背壓閥、散熱器及管路等組成。,ZL50裝載機變矩器一變速箱液壓控制系統(tǒng)圖,3.典型控制系統(tǒng)分析 TY220履帶推土機液力機械傳動的液壓控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要由后橋箱（油箱）、粗濾器、細濾器、變速泵、變速操縱閥、溢流閥、調節(jié)閥、冷卻器、潤滑閥、回油泵等組成了一個相互關聯(lián)的液壓系統(tǒng)。,TY-220履帶推土機液力機械傳動的液壓控制系統(tǒng),